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池火与喷射火联合作用下液化气储罐的热及力学响应研究分析

关注热度:1971??来源:新能源学术论文??作者:弋明涛
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【摘要】: 近年来,随着液化气作为燃料在工业和日常生活中大规模的使用,液化气泄漏、容器爆炸及火灾事故日益增多,造成了大量的财产损失和人员伤亡。因此,工业界安全问题的迫切需要和其学术上的综合性、复杂性,使得当今世界各个国家都在积极组织力量,从多角度、多侧面对火灾事故的发生机理及原因进行了大量的实验和模拟研究。但是由于储罐爆炸过程的短暂性和复杂性,只靠实验是难以对这些事故的发生机理进行全面细致的研究。因此,各个国家开展了广泛的数值模拟研究,即在实验基础上分析物理现象,建立相应的物理模型和数学模型,借助计算机仿真技术进行模拟,这将对预测、预防、控制事故的发生、保障生产的安全运行、提高生产效益具有重要的理论价值和实践意义。为此本文将从以下几个方面进行研究: (1)对液化石油气储罐的火灾环境的数值模拟研究。发生事故的火灾类型主要为池火灾和喷射火灾。在过去的几十年里,许多学者对池火灾的燃烧特性,以及室内池火灾和开放环境下池火灾的机理、物理特征、灾害模拟计算做了较多的研究工作,研究重点大都集中在池火灾和喷射火灾的燃烧过程、火灾行为和火焰热辐射等方面。本文在总结前人研究工作的基础上,对液化气储罐火灾的主要参数,如:火焰形状、尺寸、火焰倾角及热辐射等进行了分析计算。并对池火和喷射火联合作用下液化气卧式储罐温度场进行了模拟和计算。 (2)对液化石油气储罐在真实火灾环境下的热响应进行了数值模拟研究。本文根据质量守恒、能量守恒以及结合国内外研究成果建立起描述火灾环境中液化气储罐热响应的偏微分方程和相应的定解条件,包括容器壁的导热微分方程、容器内介质的传热传质微分方程,由此构成火灾环境下液化气储罐热响应的数学模型。对液化气体储罐热响应的物理模型的建立不采用近似性假设和简化,因而模型更精确。建立液化气储罐热响应的三维物理模型,引入池火灾和喷射火灾联合作用下容器外部边界条件,对盛装85%丙烷的水平圆柱体储罐的热响应进行了数值模拟。 (3)对液化石油气储罐在真实火灾环境下的力学响应进行了数值模拟研究。火灾环境下液化气储罐受热辐射的作用引起热响应,即罐内介质温度和压力发生变化,罐体温度也发生变化。本文基于火灾环境下液化气储罐的瞬态热响应的有限元分析,采用ANSYS的热-结构耦合有限元分析方法,研究火灾中不同温度和压力的作用下罐体的应力分布。根据应力分类方法,进行强度计算,评价高温环境下液化气储罐的安全性。
【棋牌游戏娱乐】:液化气 储罐 池火灾 喷射火 热响应 力学响应 有限元分析
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TE972
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-12
  • 第一章 绪论12-20
  • 1.1 本课题研究背景13-14
  • 1.2 国内外研究概况14-17
  • 1.2.1 国外研究概况14-16
  • 1.2.2 国内研究概况16-17
  • 1.3 课题研究的目的、主要内容及研究方法17-20
  • 1.3.1 研究目的17-18
  • 1.3.2 研究的主要内容18-19
  • 1.3.3 研究方法19-20
  • 第二章 液化石油气火灾20-26
  • 2.1 LPG成份及储存方式20
  • 2.1.1 LPG成份20
  • 2.1.2 LPG储存20
  • 2.2 LPG火灾种类及火灾特征20-21
  • 2.2.1 火灾种类20
  • 2.2.2 火灾特征20-21
  • 2.3 LPG火灾的破坏作用21-22
  • 2.3.1 冲击波的破坏作用21-22
  • 2.3.2 热辐射的破坏作用22
  • 2.3.3 污染和危害22
  • 2.3.4 抛出物的破坏作用22
  • 2.4 热辐射破坏准则22-25
  • 2.4.1 热辐射的破坏准则22-24
  • 2.4.2 热辐射引起的潜在危险区24-25
  • 2.5 本章小结25-26
  • 第三章 池火灾的燃烧特性及关系模型26-35
  • 3.1 池火灾特性26-27
  • 3.2 池火灾模型27
  • 3.3 池火灾控制方程的建立27-31
  • 3.3.1 基本方程27-28
  • 3.3.2 燃烧模型28
  • 3.3.3 湍流模型28-29
  • 3.3.4 辐射模型29-31
  • 3.4 池火灾燃烧的关系模型31-33
  • 3.4.1 火焰高度31-32
  • 3.4.2 火焰倾角32-33
  • 3.4.3 火焰的温度特征33
  • 3.5 池火灾热辐射计算33-34
  • 3.6 本章小结34-35
  • 第四章 喷射火灾燃烧的关系模型35-39
  • 4.1 喷射火特性35
  • 4.2 喷射火控制方程的建立35-36
  • 4.2.1 基本方程35
  • 4.2.2 燃烧模型35
  • 4.2.3 湍流模型35-36
  • 4.2.4 辐射模型36
  • 4.3 喷射火关系模型36-38
  • 4.3.1 喷射火长度36
  • 4.3.2 喷射火火焰温度变化的数学模型36-37
  • 4.3.3 喷射火热通量37
  • 4.3.4 喷射火热辐射强度37-38
  • 4.4 喷射火与外界的换热模型38
  • 4.5 本章小结38-39
  • 第五章 火灾中储罐的数值模拟分析39-51
  • 5.1 无风条件下的池火灾的模拟39-43
  • 5.1.1 模拟条件39-40
  • 5.1.2 几何模型40
  • 5.1.3 边界条件40
  • 5.1.4 计算模型40-41
  • 5.1.5 模拟结果41-43
  • 5.2 无风条件下喷射火的模拟43-46
  • 5.2.1 几何模型43
  • 5.2.2 边界条件43
  • 5.2.3 计算模型43-44
  • 5.2.4 模拟结果及分析44-46
  • 5.3 池火与喷射火联合作用下储罐壁的温度场模拟46-50
  • 5.3.1 几何模型46-47
  • 5.3.2 模拟结果分析47-50
  • 5.4 本章小结50-51
  • 第六章 液化气储罐热响应行为分析51-64
  • 6.1 液化气储罐物理模型52-53
  • 6.2 气相热响应数学模型53-55
  • 6.2.1 连续性方程53
  • 6.2.2 动量方程53
  • 6.2.3 能量方程53-54
  • 6.2.4 气相空间的质量变化54
  • 6.2.5 气相空间的能量54-55
  • 6.3 液相热响应数学模型55-56
  • 6.3.1 自然对流阶段传热传质基本方程55-56
  • 6.4 液化气储罐热响应数值模拟56-63
  • 6.4.1 计算条件56-57
  • 6.4.2 几何模型57-58
  • 6.4.3 边界条件58-59
  • 6.4.4 模拟结果59-61
  • 6.4.5 模拟结果分析61-63
  • 6.5 本章小结63-64
  • 第七章 液化气储罐力学响应模拟分析64-70
  • 7.1 罐体材料强度分析64-65
  • 7.2 爆破压力的计算65-66
  • 7.3 力学响应有限元分析66-68
  • 7.3.1 热弹性问题67
  • 7.3.2 热弹塑性问题67-68
  • 7.4 ANSYS的热-结构耦合分析68-69
  • 7.6 本章小结69-70
  • 第八章 总结和展望70-72
  • 8.1 本文工作总结70
  • 8.2 创新点70-71
  • 8.3 展望71-72
  • 参考文献72-77
  • 致谢77


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